第二章天然产物有效成分的分离、检测和毒理学安全性 与功效性评价 天然产物化学的研究是从有效成分或生理活性化合物的提出、分离工作开始 的。在进行提出之前,应对所用材料的基源(如动、植物的学名)、产地、药用 部位、采集时间与方法等进行考査,并系统查阅文献,以充分了解、利用前人的 经验。 目的物为已知成分或已知化学结构类型,如从甘草中提取甘草酸、麻黄中提 取麻黄素或从植物中提取某类成分如总生物碱或总酸性成分时,工作比较简单。 般宜先查阅有关资料,搜索比较该种或该类成分的各种提取方案,尤其是工业 生产方法,在根据具体条件加以选用。从天然产物中寻找未知有效成分或有效部 位时,情况比较复杂。只能根据预先确定的目标,在适当的活性测试体系指导下, 进行提取、分离并以相应的动物模型筛选、临床验证、反复实践,才能达到目的。 天然产物的有效成分往往需要从复杂的均相或非均相体系中提取出来,然后 通过分离和去除杂质以达到提纯和精制的目的。 教学目的与要求 掌握天然药物化学成分提取分离的原理及方法 内容与时间分配:(4学时) 、天然产物有效成分分离方法的原理 溶剂提取法与水蒸气蒸馏法的原理、操作及其特点 天然产物有效成分分离与精制 一一天然产物有效成分各种分离方法的原理 重点与难点 重点:讲解各种层析方法(硅胶、聚酰胺、葡聚糖凝胶、离子交换树脂、大 孔树脂法及分配层析)和两相溶剂萃取法的原理及方法 难点:讲解各种层析方法和两相溶剂萃取法的原理
第二章 天然产物有效成分的分离、检测和毒理学安全性 与功效性评价 天然产物化学的研究是从有效成分或生理活性化合物的提出、分离工作开始 的。在进行提出之前，应对所用材料的基源（如动、植物的学名）、产地、药用 部位、采集时间与方法等进行考查，并系统查阅文献，以充分了解、利用前人的 经验。 目的物为已知成分或已知化学结构类型，如从甘草中提取甘草酸、麻黄中提 取麻黄素或从植物中提取某类成分如总生物碱或总酸性成分时，工作比较简单。 一般宜先查阅有关资料，搜索比较该种或该类成分的各种提取方案，尤其是工业 生产方法，在根据具体条件加以选用。从天然产物中寻找未知有效成分或有效部 位时，情况比较复杂。只能根据预先确定的目标，在适当的活性测试体系指导下， 进行提取、分离并以相应的动物模型筛选、临床验证、反复实践，才能达到目的。 天然产物的有效成分往往需要从复杂的均相或非均相体系中提取出来，然后 通过分离和去除杂质以达到提纯和精制的目的。 教学目的与要求： 掌握天然药物化学成分提取分离的原理及方法 内容与时间分配：（4 学时） 一、天然产物有效成分分离方法的原理 ——溶剂提取法与水蒸气蒸馏法的原理、操作及其特点 二、天然产物有效成分分离与精制 ——天然产物有效成分各种分离方法的原理 重点与难点： 重点：讲解各种层析方法（硅胶、聚酰胺、葡聚糖凝胶、离子交换树脂、大 孔树脂法及分配层析）和两相溶剂萃取法的原理及方法 难点：讲解各种层析方法和两相溶剂萃取法的原理
第一节天然有效成分的提取(30分钟) 一)溶剂法1、溶剂类型2、提取范围3、常用提取方法 (二)水蒸气蒸馏法 (三)升华法 、溶剂提取法: 1.溶剂提取法的原理:溶剂提取法是根据天然产物中各种成分在溶剂中的 溶解性质,选用对活性成分溶解度大,对不需要溶出成分溶解度小的溶剂,而将 有效成分从药材组织内溶解出来的方法。当溶剂加到天然产物原料(需适当粉碎) 中时,溶剂由于扩散、渗透作用逐渐通过细胞壁透入到细胞内,溶解了可溶性物 质,而造成细胞内外的浓度差,于是细胞内的浓溶液不断向外扩散,溶剂又不断 进入药材组织细胞中,如此多次往返,直至细胞内外溶液浓度达到动态平衡时 将此饱和溶液滤出,继续多次加入新溶剂,就可以把所需要的成分近于完全溶出 或大部溶出 天然产物成分在溶剂中的溶解度直接与溶剂性质有关。溶剂可分为水、 亲本性有机溶剂及亲脂性有机溶剂,被溶解物质也有亲水性及亲脂性的不同。 有机化合物分子结构中亲水性基团多,其极性大而疏于油;有的亲水性基团 少,其极性小而疏于水。这种亲水性、亲脂性及其程度的大小,是和化合物的分 子结构直接相关。一般来说,两种基本母核相同的成分,其分子中功能基的极性 越大,或极性功能基数量越多,则整个分子的极性大,亲水性强,而亲脂性就越 弱,其分子非极性部分越大,或碳键越长,则极性小,亲脂性强,而亲水性就越 各类溶剂的性质,同样也与其分子结构有关。例如甲醇、乙醇是亲水性 比较强的溶剂,它们的分子比较小,有羟基存在,与水的结构很近似,所以能够 和水任意混合。丁醇和戊醇分子中虽都有羟基,保持和水有相似处,但分子逐渐 地加大,与水性质也就逐渐疏远。所以它们能彼此部分互溶,在它们互溶达到饱 和状态之后,丁醇或戊醇都能与水分层。氯仿、苯和石油醚是烃类或氯烃衍生物, 分子中没有氧,属于亲脂性强的溶剂 这样,我们就可以通过对天然产物成分结构分析,去估计它们的此类性质和 选用的溶剂。例如葡萄糖、蔗糖等分子比较小的多羟基化合物,具有强亲水性
第一节 天然有效成分的提取 （30 分钟） （一） 溶剂法 1、溶剂类型 2、提取范围 3、常用提取方法 （二） 水蒸气蒸馏法 （三） 升华法 一、溶剂提取法： 1．溶剂提取法的原理：溶剂提取法是根据天然产物中各种成分在溶剂中的 溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，而将 有效成分从药材组织内溶解出来的方法。当溶剂加到天然产物原料（需适当粉碎） 中时，溶剂由于扩散、渗透作用逐渐通过细胞壁透入到细胞内，溶解了可溶性物 质，而造成细胞内外的浓度差，于是细胞内的浓溶液不断向外扩散，溶剂又不断 进入药材组织细胞中，如此多次往返，直至细胞内外溶液浓度达到动态平衡时， 将此饱和溶液滤出，继续多次加入新溶剂，就可以把所需要的成分近于完全溶出 或大部溶出。 天然产物成分在溶剂中的溶解度直接与溶剂性质有关。溶剂可分为水、 亲本性有机溶剂及亲脂性有机溶剂，被溶解物质也有亲水性及亲脂性的不同。 有机化合物分子结构中亲水性基团多，其极性大而疏于油；有的亲水性基团 少，其极性小而疏于水。这种亲水性、亲脂性及其程度的大小，是和化合物的分 子结构直接相关。一般来说，两种基本母核相同的成分，其分子中功能基的极性 越大，或极性功能基数量越多，则整个分子的极性大，亲水性强，而亲脂性就越 弱，其分子非极性部分越大，或碳键越长，则极性小，亲脂性强，而亲水性就越 弱。 各类溶剂的性质，同样也与其分子结构有关。例如甲醇、乙醇是亲水性 比较强的溶剂，它们的分子比较小，有羟基存在，与水的结构很近似，所以能够 和水任意混合。丁醇和戊醇分子中虽都有羟基，保持和水有相似处，但分子逐渐 地加大，与水性质也就逐渐疏远。所以它们能彼此部分互溶，在它们互溶达到饱 和状态之后，丁醇或戊醇都能与水分层。氯仿、苯和石油醚是烃类或氯烃衍生物， 分子中没有氧，属于亲脂性强的溶剂。 这样，我们就可以通过对天然产物成分结构分析，去估计它们的此类性质和 选用的溶剂。例如葡萄糖、蔗糖等分子比较小的多羟基化合物，具有强亲水性
极易溶于水,就是在亲水性比较强的乙醇中也难于溶解。淀粉虽然羟基数目多, 但分子大大,所以难溶解于水。蛋白质和氨基酸都是酸碱两性化合物,有一定程 度的极性,所以能溶于水,不溶于或难溶子有机溶剂。甙类都比其甙元的亲水性 强,特别是皂甙由于它们的分子中往往结合有多数糖分子,羟基数目多,能表现 出较强的亲水性,而皂甙元则属于亲脂性强的化合物。多数游离的生物碱是亲脂 性化合物,与酸结合成盐后,能够离子化,加强了极性,就变为亲水的注质,这 些生物碱可称为半极性化合物。所以,生物碱的盐类易溶于水,不溶或难溶于有 机溶剂;而多数游离的生物碱不溶或难溶于水,易溶于亲脂性溶剂,一般以在氯 仿中溶解度最大。鞣质是多羟基的化台物,为亲水性的物质。油脂、挥发油、蜡、 脂溶性色素都是强亲脂性的成分。 总的说来,只要天然产物成分的亲水性和亲脂性与溶剂的此项性质相当,就 会在其中有较大的溶解度,即所谓“相似相溶”的规律。这是选择适当溶剂自天 然产物中提取所需要成分的依据之一。 溶剂的选择:运用溶剂提取法的关键,是选择适当的溶剂。溶剂选择适 当,就可以比较顺利地将需要的成分提取出来。选择溶剂要注意以下三点:①溶 剂对有效成分溶解度大,对杂质溶解度小;②溶剂不能与中药的成分起化学变化 ③溶剂要经济、易得、使用安全等。 常见的提取溶剂可分为以下三类: 1)水:水是一种强的极性溶剂。天然产物中亲水性的成分,如无机盐、糖 类、分子不太大的多糖类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及甙类 等都能被水溶出。为了増加某些成分的溶解度,也常采用酸水及碱水作为提取溶 剂。酸水提取,可使生物碱与酸生成盐类而溶出,碱水提取可使有机酸、黄酮、 蒽醌、内酯、香豆素以及酚类成分溶出。但用水提取易酶解甙类成分,且易霉坏 变质。某些含果胶、粘液质类成分的天然产物,其水提取液常常很难过滤。沸水 提取时,天然产物中的淀粉可被糊化,而增加过滤的困难。故含淀粉量多的天然 产物,不宜磨成细粉后加水煎煮。中药传统用的汤剂,多用中药饮片直火煎煮, 加温可以増大中药成分的溶解度外,还可能有与其他成分产生“助溶”现象,增 加了一些水中溶解度小的、亲脂性强的成分的溶解度。但多数亲脂性成分在沸水 中的溶解度是不大的,既使有助溶现象存在,也不容易提取完全。如果应用大量
极易溶于水，就是在亲水性比较强的乙醇中也难于溶解。淀粉虽然羟基数目多， 但分子大大，所以难溶解于水。蛋白质和氨基酸都是酸碱两性化合物，有一定程 度的极性，所以能溶于水，不溶于或难溶子有机溶剂。甙类都比其甙元的亲水性 强，特别是皂甙由于它们的分子中往往结合有多数糖分子，羟基数目多，能表现 出较强的亲水性，而皂甙元则属于亲脂性强的化合物。多数游离的生物碱是亲脂 性化合物，与酸结合成盐后，能够离子化，加强了极性，就变为亲水的注质，这 些生物碱可称为半极性化合物。所以，生物碱的盐类易溶于水，不溶或难溶于有 机溶剂；而多数游离的生物碱不溶或难溶于水，易溶于亲脂性溶剂，一般以在氯 仿中溶解度最大。鞣质是多羟基的化台物，为亲水性的物质。油脂、挥发油、蜡、 脂溶性色素都是强亲脂性的成分。 总的说来，只要天然产物成分的亲水性和亲脂性与溶剂的此项性质相当，就 会在其中有较大的溶解度，即所谓“相似相溶”的规律。这是选择适当溶剂自天 然产物中提取所需要成分的依据之一。 2．溶剂的选择：运用溶剂提取法的关键，是选择适当的溶剂。溶剂选择适 当，就可以比较顺利地将需要的成分提取出来。选择溶剂要注意以下三点：①溶 剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；②溶剂不能与中药的成分起化学变化； ③溶剂要经济、易得、使用安全等。 常见的提取溶剂可分为以下三类： 1）水：水是一种强的极性溶剂。天然产物中亲水性的成分，如无机盐、糖 类、分子不太大的多糖类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及甙类 等都能被水溶出。为了增加某些成分的溶解度，也常采用酸水及碱水作为提取溶 剂。酸水提取，可使生物碱与酸生成盐类而溶出，碱水提取可使有机酸、黄酮、 蒽醌、内酯、香豆素以及酚类成分溶出。但用水提取易酶解甙类成分，且易霉坏 变质。某些含果胶、粘液质类成分的天然产物，其水提取液常常很难过滤。沸水 提取时，天然产物中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的天然 产物，不宜磨成细粉后加水煎煮。中药传统用的汤剂，多用中药饮片直火煎煮， 加温可以增大中药成分的溶解度外，还可能有与其他成分产生“助溶”现象，增 加了一些水中溶解度小的、亲脂性强的成分的溶解度。但多数亲脂性成分在沸水 中的溶解度是不大的，既使有助溶现象存在，也不容易提取完全。如果应用大量
水煎煮,就会增加蒸发浓缩时的困难,且会溶出大量杂质,给进一步分离提纯带 来麻烦。天然产物水提取液中含有皂甙及粘液质类成分,在减压浓缩时,还会产 生大量泡沫,造成浓缩的困难。通常可在蒸馏器上装置一个汽一液分离防溅球加 以克服,工业上则常用薄膜浓缩装置。 2)亲水性的有机溶剂:也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂,如乙 醇(酒精)、甲醇(木精)、丙酮等,以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好, 对天然产物细胞的穿透能力较强。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉 和部分多糖等外,大多能在乙醇中溶解。难溶于水的亲脂性成分,在乙醇中的溶 解度也较大。还可以根据被提取物质的性质,采用不冋浓度的乙醇进行提取。用 乙醇提取比用水量较少,提取时间短,溶解出的水溶性杂质也少。乙醇为有机溶 剂,虽易燃,但毒性小,价格便宜,来源方便,有一定设备即可回收反复使用」 而且乙醇的提取液不易发霉变质。由于这些原因,用乙醇提取的方法是历来最常 用的方法之一。甲醇的性质和乙醇相似,沸点较低(64℃),但有毒性,使用时 应注意。 3)亲脂性的有机溶剂:也就是一般所说的与水不能混溶的有机溶剂,如石 油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷等。这些溶剂的选择性能强,不能 或不容易提出亲水性杂质。但这类溶剂挥发性大,多易燃(氯仿除外),一般有 毒,价格较贵,设备要求较髙,且它们透入植物组织的能力较弱,往往需要长时 间反复提取才能提取完全。如果药材中含有较多的水分,用这类溶剂就很难浸出 其有效成分,因此,大量提取天然产物原料时,直接应用这类溶剂有一定的局限 性 3.提取方法:用溶剂提取天然产物成分,、常用浸渍法、渗漉法、煎煮法、 回流提取法及连续回流提取法等。同时,原料的粉碎度、提取时间、提取温度 设备条件等因素也都能影响提取效率,必须加以考虑 1)浸渍法:浸渍法系将天然产物粉末或碎块装人适当的容器中,加入适 宜的溶剂(如乙醇、稀醇或水),浸渍药材以溶出其中成分的方法。本法比较简 单易行,但浸出率较差,且如用水为溶剂,其提取液易于发霉变质)须注意加入 适当的防腐剂
水煎煮，就会增加蒸发浓缩时的困难，且会溶出大量杂质，给进一步分离提纯带 来麻烦。天然产物水提取液中含有皂甙及粘液质类成分，在减压浓缩时，还会产 生大量泡沫，造成浓缩的困难。通常可在蒸馏器上装置一个汽一液分离防溅球加 以克服，工业上则常用薄膜浓缩装置。 2）亲水性的有机溶剂：也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂，如乙 醇（酒精）、甲醇（木精）、丙酮等，以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好， 对天然产物细胞的穿透能力较强。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉 和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。难溶于水的亲脂性成分，在乙醇中的溶 解度也较大。还可以根据被提取物质的性质，采用不同浓度的乙醇进行提取。用 乙醇提取比用水量较少，提取时间短，溶解出的水溶性杂质也少。乙醇为有机溶 剂，虽易燃，但毒性小，价格便宜，来源方便，有一定设备即可回收反复使用， 而且乙醇的提取液不易发霉变质。由于这些原因，用乙醇提取的方法是历来最常 用的方法之一。甲醇的性质和乙醇相似，沸点较低（64℃），但有毒性，使用时 应注意。 3）亲脂性的有机溶剂：也就是一般所说的与水不能混溶的有机溶剂，如石 油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷等。这些溶剂的选择性能强，不能 或不容易提出亲水性杂质。但这类溶剂挥发性大，多易燃（氯仿除外），一般有 毒，价格较贵，设备要求较高，且它们透入植物组织的能力较弱，往往需要长时 间反复提取才能提取完全。如果药材中含有较多的水分，用这类溶剂就很难浸出 其有效成分，因此，大量提取天然产物原料时，直接应用这类溶剂有一定的局限 性。 3．提取方法：用溶剂提取天然产物成分，、常用浸渍法、渗漉法、煎煮法、 回流提取法及连续回流提取法等。同时，原料的粉碎度、提取时间、提取温度、 设备条件等因素也都能影响提取效率，必须加以考虑。 1）浸渍法：浸渍法系将天然产物粉末或碎块装人适当的容器中，加入适 宜的溶剂（如乙醇、稀醇或水），浸渍药材以溶出其中成分的方法。本法比较简 单易行，但浸出率较差，且如用水为溶剂，其提取液易于发霉变质）须注意加入 适当的防腐剂
2)渗漉法:渗漉法是将天然产物粉末装在渗漉器中,不断添加新溶剂, 使其渗透过药材,自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法小当溶剂渗 进药粉溶出成分比重加大而向下移动时,上层的溶液或稀浸液便置换其位置,造 成良好的浓度差,使扩散能较好地进行,故浸出效果优于浸渍法。但应控制流速, 在渗渡过程中随时自药面上补充新溶剂,使药材中有效成分充分浸出为止。或当 渗滴液颜色极浅或渗涌液的体积相当于:原药材重的10倍时,便可认为基本上 已提取完全。在大量生产中常将收集的稀渗淮液作为另一批新原料的溶剂之用。 3)煎煮法:煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法。所用容器一般为陶 器、砂罐或铜制、搪瓷器皿,不宜用铁锅,以免药液变色。直火加热时最好时常 搅拌,以免局部药材受热太髙,容易焦糊。有蒸汽加热设备的药厂,多采用大反 应锅、大铜锅、大木桶,或水泥砌的池子中通入蒸汽加热。还可将数个煎煮器通 过管道互相连接,进行连续煎浸。 4)回流提取法:应用有机溶剂加热提取,需采用回流加热装置,以免溶剂 挥发损失。小量操作时,可在圆底烧瓶上连接回流冷凝器。瓶内装药材约为容量 的%~%,溶剂浸过药材表面约1~2cm。在水浴中加热回流,一般保持沸腾约: 小时小放冷过滤,再在药渣中加溶剂,作第二、三次加热回流分别约半小时,或 至基本提尽有效成分为止。此法提取效率较冷浸法高,大量生产中多采用连续提 取法。 5)动连续提取法:应用挥发性有机溶剂提取天然产物有效成分,不论小型 实验或大型生产,均以连续提取法为好,而且需用溶剂量较少,提取成分也较完 全。实验室常用脂肪提取器或称索氏提取器。连续提取法,一般需数小时才能提 取完全。提取成分受热时间较长,遇热不稳定易变化的成分不宜采用此法 二水蒸气蒸馏法: 水蒸气蒸馏法,适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的天然产物成分的提取 此类成分的沸点多在100℃以上,与水不相混溶或仅微溶,且在约100℃时存一 定的蒸气压。当与水在一起加热时,其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时, 液体就开始沸腾,水蒸气将挥发性物质一并带出。例如天然产物中的挥发油,某 些小分子生物碱一麻黄碱、萧碱、槟榔碱,以及某些小分子的酚性物质。牡丹酚 ( paeonol)等,都可应用本法提取。有些挥发性成分在水中的溶解度稍大些
2）渗漉法：渗漉法是将天然产物粉末装在渗漉器中，不断添加新溶剂， 使其渗透过药材，自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法小当溶剂渗 进药粉溶出成分比重加大而向下移动时，上层的溶液或稀浸液便置换其位置，造 成良好的浓度差，使扩散能较好地进行，故浸出效果优于浸渍法。但应控制流速， 在渗渡过程中随时自药面上补充新溶剂，使药材中有效成分充分浸出为止。或当 渗滴液颜色极浅或渗涌液的体积相当于：原药材重的 10 倍时，便可认为基本上 已提取完全。在大量生产中常将收集的稀渗淮液作为另一批新原料的溶剂之用。 3）煎煮法：煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法。所用容器一般为陶 器、砂罐或铜制、搪瓷器皿，不宜用铁锅，以免药液变色。直火加热时最好时常 搅拌，以免局部药材受热太高，容易焦糊。有蒸汽加热设备的药厂，多采用大反 应锅、大铜锅、大木桶，或水泥砌的池子中通入蒸汽加热。还可将数个煎煮器通 过管道互相连接，进行连续煎浸。 4）回流提取法：应用有机溶剂加热提取，需采用回流加热装置，以免溶剂 挥发损失。小量操作时，可在圆底烧瓶上连接回流冷凝器。瓶内装药材约为容量 的％～％，溶剂浸过药材表面约 1～2cm。在水浴中加热回流，一般保持沸腾约： 小时小放冷过滤，再在药渣中加溶剂，作第二、三次加热回流分别约半小时，或 至基本提尽有效成分为止。此法提取效率较冷浸法高，大量生产中多采用连续提 取法。 5）动连续提取法：应用挥发性有机溶剂提取天然产物有效成分，不论小型 实验或大型生产，均以连续提取法为好，而且需用溶剂量较少，提取成分也较完 全。实验室常用脂肪提取器或称索氏提取器。连续提取法，一般需数小时才能提 取完全。提取成分受热时间较长，遇热不稳定易变化的成分不宜采用此法。 二 水蒸气蒸馏法： 水蒸气蒸馏法，适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的天然产物成分的提取。 此类成分的沸点多在 100℃以上，与水不相混溶或仅微溶，且在约 100℃时存一 定的蒸气压。当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时， 液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。例如天然产物中的挥发油，某 些小分子生物碱一麻黄碱、萧碱、槟榔碱，以及某些小分子的酚性物质。牡丹酚 （paeonol）等，都可应用本法提取。有些挥发性成分在水中的溶解度稍大些